葛根素（7,4′-二羟基异黄酮-8-β-吡喃糖苷）是葛根中的主要异黄酮化合物[1,2]。它具有多种药理和生物活性，如保护心脏、扩张血管、改善血液循环、降低血压和血脂、抗炎、抗氧化以及抑制酒精引起的紊乱[3],[4],[5],[6]。作为一种生物活性化合物，它被广泛应用于医药、健康食品和化妆品行业[2],[7],[8],[9]。目前，葛根素主要从葛根中提取。其工业生产过程通常包括：从葛根中溶剂萃取异黄酮（葛根素）、树脂吸附浓缩异黄酮（葛根素）、异黄酮（葛根素）衍生物的酸水解、分离葛根素和染料木素，以及结晶重结晶以获得高纯度的葛根素[10]。在生产过程中，葛根素通常是唯一的产品，葛根中的其他成分未能得到充分利用[11]，这不仅造成了资源浪费，还污染了环境。尽管有许多关于从葛根中提取葛根素的研究，但这些研究主要集中在异黄酮的提取及其分离纯化上[4],[5],[6],[12],[13]，很少有研究关注葛根中各成分的综合利用[11]。因此，开发新的集成工艺对于实现葛根中所有成分的充分利用至关重要。
葛根（Willd.）Ohwi是一种原产于东亚的多年生豆科植物，现已在全球广泛分布。葛根是其块根，有时也被称为葛根根。据估计，中国每年的葛根产量超过150万吨[2]。目前，葛根主要用作中药原料和葛根素的原料[2],[7],[8],[9]。除了富含异黄酮（葛根素）外，葛根还含有大量的碳水化合物，包括可溶性糖、淀粉、纤维素、半纤维素和果胶，其总碳水化合物含量通常超过60%[14]。充分利用这些碳水化合物是实现葛根中所有成分利用的关键[11]。乙醇是目前最广泛使用的运输生物燃料，也是一种多用途的化学物质和有机溶剂。一些研究表明，这些碳水化合物可用于乙醇生产[15],[16],[17]。因此，利用这些碳水化合物生产乙醇是实现葛根中所有成分利用的合理途径。
从葛根中生产葛根素和乙醇有三种技术路线：第一种是先从葛根中提取异黄酮，再利用现有工业技术生产葛根素，然后进行乙醇发酵[16,17]；这种方法虽然可以充分利用葛根中的所有成分，但流程较为复杂，需要分离葛根中的淀粉和残渣，并对残渣进行处理后再分别进行水解用于乙醇发酵[16,17]。第二种是在从葛根中提取异黄酮之前进行乙醇发酵，再利用现有工业技术生产葛根素[18,19]；这种方法只能部分利用葛根中的碳水化合物（可溶性糖和淀粉）用于乙醇生产[18,19]。第三种是利用工艺集成方法同时生产葛根素和乙醇，但目前尚无相关报道。本研究的目的是通过工艺集成方法建立一种简单高效的葛根生物炼制工艺，实现葛根中所有成分的综合利用。
在本研究中，建立了一种新型的简化生物炼制工艺，从葛根中同时生产葛根素、乙醇和其他高价值化学品。首先对葛根的酸水解过程进行了研究并进行了优化，实现了对葛根残渣的预处理以及异黄酮（葛根素）衍生物和淀粉的同时水解，提高了葛根素的可溶性。然后对酸水解得到的葛根水解物和葛根残渣进行同步糖化和共发酵，将其中的碳水化合物转化为乙醇。最后通过分馏从发酵液中分离出乙醇和葛根素，并进一步纯化得到无水乙醇和高纯度的葛根素。预计这项研究可为实际应用提供一种简单高效的葛根深加工技术。
